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Verfahren zur Befestigung eines Reibungsbelages auf einer metallischen
Unterlage mittels eines Bindemittels in Form eines Klebefilms Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Befestigung eines Reibungsbelages auf einer metallischen Unterlage
mittels eines Bindemittels in Form eines Klebefilms aus einer synthetischen elastischen
Substanz und einem durch Wärme härtbaren Kunstharz. Es sind Hochleistungsklebungen,
die auch bei hohen Temperaturen ihre Bindekraft behalten. Es handelt sich um Reibungsbeläge
z. B. für den Schuh oder die Trommel einer Bremse oder den Kegel oder die Platte
einer Kupplung.
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Im Laufe der Entwicklung der Kunstharzchemie ist es bekanntgeworden,
Kunstharze, wie Phenol-Formaldehyd-Harze, auch in Verbindung mit anderen Polymerisaten
oder Mischpolymerisaten, wie Chlorbutadien, als Klebemassen bzw. als Bindemittel
zur Einbettung von körnigem Gut, wie Schmirgel usw., zu verwenden.
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Versuche, diese Klebetechnik auch auf die Befestigung von Reibungsbelägen
auf Metallunterlagen anzuwenden, etwa zum Aufkleben oder Zementieren eines Bremsbelages
auf einen Bremsschuh oder eine Bremstrommel, sind bisher nicht bekanntgeworden.
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Reibungsbeläge werden gewöhnlich mittels Niete auf der Metallunterlage
befestigt. Die Versenköffnungen dieser Niete verkürzen jedoch die Lebensdauer der
Bremsbeläge bedeutend, da sich abgeschabte Teilchen in ihnen ansammeln und dann
die Bremstrommel zerkratzen; außerdem kann der Belag nur so weit abgenutzt werden,
bis die Köpfe
der Niete in den Bereich der Oberfläche gelangen.
Der durch eine hinreichend feste und wärmebeständige Klebung erreichbare technische
und wirtschaftliche Nützen liegt also ..auf der Hand.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist nun durch das Verfahren der vorliegenden
Erfindung gelungen: Hiernach wird die Reibungsbelagmasse I mit einem synthetischen,
durch Wärme härtbaren Kunstharz bekannter Art - auf Phenol-Formaldehyd-Basis - überzogen,
3, und zusammen mit einem Klebefilm 4 aus einem synthetischen elastischen Material
auf einem wärmehärtbaren Kunstharz derart auf die Metallunterlage 2 aufgebracht,
daß der Klebefilm zwischen dem Harzüberzug des Reibungsmaterials und der Metallunterlage
angeordnet ist, worauf die gesamte Anordnung - also Unterlage, Klebefilm und harzüberzogener
Reibungsbelag - durch Wärme unter gleichzeitiger Druckeinwirkung fest miteinander
verklebt wird, wobei der verwendete Klebefilm aus Butadien-Acrylnitril-Mischpolymerisat
und Phenol-Formaldehyd-Kunstharz besteht.
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Erstaunlicherweise zeigt eine derartige Klebung eine Bindefestigkeit
zwischen Belag und Unterlage, die selbst die Festigkeit genieteter Anordnungen übertrifft.
Das ist insofern erstaunlich und nicht vorauszusehen, da sowohl Klebungen unter
Verwendung nur eines Klebefilms als auch unter Anwendung nur eines Harzüberzuges
auf dem Reibungsmaterial nicht die erforderliche Festigkeit -oder Wärmebeständigkeit
aufweisen und demgemäß die Nietung nicht vollwertig ersetzen oder verbessern konnten.
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Das Ergebnis, daß .die Klebung gemäß der Erfindung selbst die Festigkeit
genieteter Anordnungen übertrifft und beträchtlich größer ist als bei Anwendung
nur des einen oder des anderen Klebematerials allein, muß überraschen, da die Festigkeit
einer Mehrfachbindung gewöhnlich gleich der schwächsten Einzelbindung ist. Die unerwartet
hohe Bindefestigkeit ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß es sich in Wirklichkeit
gar nicht um eine Mehrfachbindung handelt, sondern daß das im Klebefilm enthaltene
Kunstharz mit dem Kunstharz des Reibungsbelages verschmilzt und zusammen gehärtet
wird, so daß sich eine einzige, einheitliche Bindung ausbildet.
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Nachfolgend werden Art und Herstellung der Klebematerialien und das
Verfahren der Klebung näher beschrieben.
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Der Klebefilm wird aus einer plastischen Klebemasse angefertigt, die
aus einem Gemisch eines Butadien-Acrylnitril-Mischpolymerisats oder eines Chlorbutadienmischpolymerisats
mit Phenol-Formaldehyd-Kunstharz besteht. Dieses kautschukähnliche Material (nachfolgend
einfachheitshalber als »Kautschuk« bezeichnet) wird zur Herstellung des Klebefilms
vorzugsweise zwischen kalten, engen Walzen mit Zusätzen, wie einem Aktivator, einem
Beschleuniger, einem Vulkanisationsmittel und einem Antioxydans, vermischt, um die
Qualität des Materials zu verbessern. Jedoch ist es je nach dem Verwendungszweck
nicht erforderlich, sämtliche Zusätze unterzumischen. Dem Vulkanisationsmittel,
etwa Schwefel, wird ein Beschleuniger; etwa Merkapto-benzo-thiazol, beigegeben.
Es können auch andere Arten von Beschleunigern, wie Thiuranverbindungen, Guanidine
und ihre Deririvate, verwendet werden. Zinkoxyd wirkt als Aktivator. Als antioxydierende
Substanz kann Phenyl-beta-naphthylamin oder irgendein anderes alterungshemmendes
Antioxydans der Kautschukindustrie verwendet werden. Nach Vermischung dieser Bestandteile
mit dem kautschukähnlichen Material läßt man die Mischung abkühlen.
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Die abgekühlte, angemischte »Kautschuk«masse wird dann so schnell
wie möglich mit dem gepulverten, in der Wärme härtbaren Phenol-Formaldehyd-Kunstharz
vermischt, und zwar zwischen kalten Walzen, um Polymerisation und Schmelzen des
Kunstharzes zu verhüten. Die Temperatur soll dabei unterhalb des Erweichungspunktes
des Kunstharzes gehalten werden; deshalb werden die Walzen gewöhnlich durch fließendes
Wasser gekühlt. Während des Mischvorganges wirkt das Kunstharz als Füllstoff. Dadurch
wird erreicht, daß die Tendenz der »Kautschuk«masse, während des Walzens Wärme zu
erzeugen, in gleichem Maße reduziert wird, wie das bei der allgemeinen Kautschukzubereitung
durch Kohlenstoff geschieht.
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Das Kunstharz der Klebemasse ist ein in der Wärme härtbarer Kunststoff
vom Phenoltyp, z. B. Phenol-Formaldehyd oder Kresol-Förmaldehyd oder eine Mischung
der beiden. Vorzugsweise wird ein Phenol-Formaldehyd mit I Mol Phenol auf I Mol
Formaldehyd oder ein solches mit 2 Mol Phenol pro Mol Formaldehyd unter Zusatz eines
Härtekatalysators, wie Hexamethylentetramin, verwendet. Bei großtechnischer Herstellung,
bei der es oft schwierig ist, die Temperatur des Gemisches während des Mischvorganges
zu kontrollieren, kann der synthetische Kautschuk mit den erwähnten Zusätzen und
einem Phenol-Formaldehyd-Kunstharz mit 2 Mol Phenol pro Mol Formaldehyd vermischt
werden; da dieses Kunstharz nicht ohne einen Härtungskatalysatar härtbar ist, braucht
die Temperatur der Mischung während dieses ersten Mischvorganges nicht so niedrig
gehalten und daher nicht so genau kontrolliert zu werden. Nach gründlicher Durchmischung
dieser Bestandteile und anschließender Abkühlung wird der Katalysator zur Härtung
des Kunstharzes (Hexamethylen-tetramin) mit dem Kautschuk-Kunstharz-Gemisch vermengt,
`um die endgültige Klebemasse fertigzustellen.
jedoch etwa in den Grenzen Kautschuk zu Kunstharz = 3 : I bis I
: II geändert werden. Klebemassen mit hohem Kautschukgehalt sind biegsamer, aber
schwächer in der Bindung und reicht so temperaturbeständig, während Klebemassen
mit hohem Harzgehalt etwas spröder sind, dafür aber höhere Wärmebeständigkeit und
Bindefestigkeit aufweisen. Wenn die, Bindefestigkeit auch bei extrem hohen Temperaturen
erhalten bleiben soll, darf das Kautschuk-Kunstharz-Verhältnis höchstens. bei I
: I liegen; noch besser haben sich jedoch Massen mit höherem Kunstharzgehalt, etwa
I : 3 oder I : 5 bis herauf zu I : II, bewährt. Die kunstharzreichen, Massen, zeichnen
sieh neben der erheblichen Unempfindlichkeit gegen Dauereinwirkung hoher Temperaturen
durch besonders gute Eignung zur Band- oder Streifenverarbeitung aus. Klebemassen
mit einem Kautschuk-Kunstharz-Verhältnis vorn I : 3 bis I : 5 haben für Bremsbeläge
den besonderen Vorzug, daß sie sowohl ihre Bindefestigkeit bei hohen: Temperaturen
behalten und trotzdem hinreichend elastisch, sind, um im Betrieb auftretende Druckkonzentrationen.
ohne Beschädigung auszugleichen.
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Wenn eine leichte Fließbarkeit bei der Erhitzung während des Klebevorganges
gewünscht wird; besonders, bei Klebemassen mit hohem Harzgehalt, wie etwa, I : 5
bis I : II, ist es erforderlich, der Klebemasse einen Weichmacher, wie Dibutylphthalat,
einen Stoff vorn Ester- oder Polyestertyp od. dgl. zuzusetzen, um das Walzen und
Pressen zu erleichtern und die Fließbarkeit zu steigern.
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Nachfolgend werden drei verschiedene Klebstoffzusammensetzungen für
den Klebefilm: angeführt. Diesel dienen nur als Beispiel und können gemäß den oben
gegebenen Regeln beliebig albgeändert werden. Die erste Masse ist besonders für
eine Hochleistungsklebung, die im Gebrauch nicht sehr stark erwärmt wird, geeignet.
Die anderen Beispiele sind bereits oben eingehender besprochen worden.
| Kautschuk-Kunstharz-Verhältnis |
| 2 : 3 I : 5 I : II |
| Butadien-acrylnitril-Mischpolymerisat ........ Ioo,o Ioo,o
Ioo,o |
| Zinkoxyd................................. 5,o 5,o 5,0 |
| Merkapto-benzo-thiazol .................... 1,0 I,0 I,0 |
| Schwefel ................................. I,o I,0 1,0 |
| Phenyl-beta-naphthylamin ................. 5,0 5,0 5,0 |
| Dibutyl-phthalat .......................... - 55,0 I50,0 |
| Beschleuniger (Polyester) ................... - 27,8 - |
| Kunstharz ................................ 150,0 500,0 IIoo,o |
| 262,o 694,8 I362,o |
Bei Prüfungen an Bremsinstallationen, unter Verwendung der erwähnten Klebefilme
als: Befestigungsmittel zwischen, Schuh und kunstharzüberzogenem Belag wurde die
Bindung bei einer Mischung im Verhältnis Kautschuk zu Kunstharz I : 3 bei einer
Temperatur von 425° C und bei Mischungen im Verhältnis von I : 5 bis I : II bei
Temperaturen bis 55o°C nicht beeinträchtigt.
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Die Klebemasse kann in jeder Form zu, Klebefilmen verarbeitet werden;
vorzugsweise wird sie mittels Walzen zu Streifen oder Bändern gepreßt. Dazu wird
die Temperatur gerade bis zum Erweichen des Materials gesteigert, aber nicht so
hoch, daß das, Kunstharz schmilzt oder härtet. Im allgemeinen sollte die Temperatur
der Klebemasse durch entsprechende Erwärmung der Walzen etwa auf 6o° C gehalten
werden. Das fertige Band oder der Streifen aus dieser Klebemasse ist biegsam und,
selbst nicht klebrig. Es kann leicht geschnitten. werden und wie ein Stück Pappe
zwischen die zu verbindenden Teile gelegt werden.
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Für den auf den, Reibungsbelag aufgebrachten Kunstharzüberzug wird
ein in der Wärme härtbares Kunstharz vom Phenol-Formaldehyd-Typ vorzugsweise in
Form einer Lösung verwendet. Als Lösungsmittel sind, Ketone und Alkohole, z. B.
Methyl-Äthyl-Keton, Azeton oder Äthylalkohol, geeignet. Entweder kann man ein Harz
mit I Mol Phenol auf I Mol Formaldehyd oder ein Harz mit 2 Mol Phenol auf I Mol
Formaldehyd unter Zusatz eines Härtungskatalysators, wie Hexamethylentetramin, verwenden.
Die Lösung muß dünn genug sein, damit das Kunstharz hinreichend tief in die Oberfläche
des Bremsbelages eindringen kann. Es halt sich gezeigt, daß die Lösung eines Phenol-Formaldehyd-Kunstharzes
mit 2o bis 5o% festen Anteilen, genügend tief eindringt, um eine gute Verbindung
zu. gewährleisten, ohne dabei die Eigenschaften des Belages zu verändern.
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Es sei nochmals ausdrücklich betont, daß die Aufbringung dieses Kunstharzüberzuges
eine wesentliche! Voraussetzung für de, Gewährleistung einer einwandfreien Bindung
bildet.
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In, der' Zeichnung ist ein Schnitt durch einen Bremsschuh dargestellt,
dessen Reibungsbelag' gemäß der Erfindung auf der Metallunterlage, befestigt ist.
Voir dem Aufkleben müssen zur Gewährleistung guter, Bindung beide Klebiefiächen.
sorgfältig gesäubert werden. Der Bremsschuh 2 kann: z. B. angeätzt und: in der üblichen
Weise verzinkt werden. Das Zink wird dann, von der zu beklebenden Oberfläche durch
Behandlung mit einem Splitt- oder Sandstrahlgebläse entfernt. Nachdem der Splitt
mit klarem:, heißem Wasser ab,-gewaschen
und der Bremsschuh 2 getrocknet
worden ist; kann er beklebt werden.
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Der geformte Bremsbelag I wird auf den Bremsschuh 2 durch das flüssige,
auf den Belag I aufgetragene Phenol-Formaldehyd-Kunstharz-Bindemittel 3 und, durch
ein Band oder einen Streifen der beschriebenen plastischen Klebemaisse 4 bedestigt.
Der Bremsbelag I kann wie gewöhnlich aufs einer Mischung von Asbestfasern und einem
Kunstharz hergestellt werden. Seine dem Bremsschuh zugekehrte Fläche wird zuerst
mit der Lösung des in der Wärme härtbaren Kunstharzes vom Phenol-Formaldehyd-Typ
überzogen. Das geschieht am zweckmäßigsten durch Aufsprühen dar Kunstharzlösung
auf die saubere konkave Oberflüche des Reibungsbelages. Der Überzug wird danach
15 Minuten durch Erwärmen auf etwa 65° C luftgetrocknet. Höhere Temperaturen verkürzen
die Trockendauer, jedoch soll die Temperatur reichlich unterhalb der Erweichungstemperatur
des Kunstharzes gehalten werden. Dann wird auf die ganze Oberfläche des. gereinigten
Bremsschuhes 2 ein Streifen der Klebemassel 4 gelegt; auf diesen bringet man den
imprägnierten Belag I auf. Die Anordnung wird dann unter Druck gesetzt und in einem
Ofen oder einem Indüktionserhitzer erwärmt, um das Kunstharz vollständig auszuhärten
und den Kautschuke zu vulkanisieren. Das, normale Kunstharz erhärtet bei einer Temperatur
von 15o bis 2oo° C in; etwa 30 Minuten. Die Teile werden während der Erwärmüng mit
einem Druck von 1,5 bis 3 kg/cm2 zusammengepreßt. Bei porösen Reibungsmaterialien,
erhöht ein stärkerer Druck dass Eindringen des Klebemittels in den, Belag und verbessert
so die Bindung.
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Ausgezeichnete Bindungen sind bei einem Druck von 2o bis 25 kg/cm2
und 30 Minuten langer Erwärmung auf 2oo bis 2Io° C erhalten worden.
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Die nach diesem Verfahren hergestellten Anordnungen besitzen weit
höhere Bindefestigkeit als bei den üblichen Klebeverfahren. So befestigt dieser
Klebeprozeß das Belagmaterial mit der Metallunterlage mit gleicher oder sogar größerer
Festigkeit, als durch die besten genieteten Anordnungen einreicht werden konnte.
Die ungewöhnlich hohe Klebefesfigkeit ist wohl auf die Tatsache zurückzuführen,
daß die Kunstharzlösung in die Poren des Reibungsmaterials hineinläuft und mit dem
Kunstharz des Belages und des Klebestreifens während der Erhitzung verschmilzt und
daß der Kautschuk-Kunstharz-Klebestreifen eine elastische Bindung mit dem Metallschuh
herstellt.